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बायोमिमेटिक ओल्फैक्टरी चिप्स: क्या कृत्रिम बुद्धिमत्ता और ई-नाकें कोयले की खान में अगली कैनरी होंगी?
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कृत्रिम गंध संवेदना की कठिनाइयाँ
जबकि मशीन विज़न ने पिछले कुछ वर्षों में अद्भुत प्रगति की है, अन्य कृत्रिम इंद्रियों में पीछे रह गया है। उनमें से एक है गंध या ‘सूंघने’ की भावना।
यह इसलिए है क्योंकि हमें लंबे समय से पता है कि प्रकाश के जवाब में सटीक विद्युत संकेत कैसे प्राप्त किया जाए, जिसे पहली डिजिटल कैमरों से ही बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया है। इसके विपरीत, गंध मूलतः अस्थिर रासायनिक पदार्थों का पता लगाना है।
- गंध उत्पन्न करने वाले रसायन अक्सर “शुद्ध” नहीं होते। वे जटिल मिश्रणों में मौजूद होते हैं जो उनके पता लगाने को जटिल बना सकते हैं।
- मानव या पशु की गंध संवेदना के बराबर होने के लिए आवश्यक पता लगाने की सीमा बहुत कम होती है, आमतौर पर ppm स्तर (एक मिलियन में एक भाग, या 0.0001%) पर सांद्रता का पता लगाती है।
- अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए मिनीएचराइजेशन आवश्यक है, जिसके लिए उन्नत चिप्स और कम ऊर्जा खपत दोनों की जरूरत होती है।
- रासायनिक प्रतिक्रिया पर आधारित कोई भी पता लगाने के लिए सेंसर में उपयोग किए जाने वाले उत्प्रेरकों या रसायनों को नियमित रूप से बदलना पड़ेगा।
इन सभी कारणों से, अधिकांश रासायनिक/ओल्फैक्टरी डिजिटल पता लगाना वर्तमान में कुछ ही रासायनिक यौगिकों तक सीमित है। और आमतौर पर इसे केवल औद्योगिक सेटिंग में उपयोग किया जाता है जहाँ पता लगाने वाले खतरनाक रसायन दुर्घटनाओं या रिसावों से आने की उम्मीद होती है, उदाहरण के लिए कार्बन मोनोऑक्साइड, ओज़ोन, क्लोरीन आदि।
यह परिवर्तन हो सकता है क्योंकि प्रो. फैन झियियॉन्ग की टीम, जो हांगकांग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (HKUST) में चेयर प्रोफेसर हैं, ने बायोमिमेटिक ओल्फैक्टरी चिप्स का विकास किया है।
स्रोत: HKUST
बायोमिमेटिक ओल्फैक्टरी चिप्स
सूंघना कैसे काम करता है?
पशुओं और मनुष्यों में गंध की भावना “रासायनिक डिटेक्टर्स” की एक श्रृंखला के माध्यम से काम करती है, जिन्हें ओल्फैक्टरी रिसेप्टर्स कहा जाता है, जो अस्थिर रसायनों की विस्तृत श्रृंखला को उच्च संवेदनशीलता के साथ पहचान सकते हैं।
ऐसे ओल्फैक्टरी रिसेप्टर्स को कोड करने वाले जीनों की संख्या प्रजाति के अनुसार 300 से 1,200 तक भिन्न हो सकती है, और यह इस बात पर निर्भर करता है कि गंध की भावना उसके लिए कितनी महत्वपूर्ण है।
इसलिए, प्रत्येक संभावित रासायनिक अणु के लिए एक रिसेप्टर रखने के बजाय, प्रत्येक यौगिक एक विशिष्ट “फ़ुटप्रिंट” उत्पन्न करता है, जो इन रिसेप्टर्स को थोड़ी अलग तरीके से सक्रिय करता है। ओल्फैक्टरी बल्ब फिर इस जटिल संकेत को एक तंत्रिका संकेत में संयोजित करता है और इसे मस्तिष्क के “ओल्फैक्टरी कॉम्प्लेक्स” नामक भाग द्वारा व्याख्या किया जाता है।
ओल्फैक्टरी चिप्स का निर्माण
HKUST के शोधकर्ताओं ने इस प्रणाली की नकल करने का एक तरीका बनाया है, जिससे प्रत्येक संभावित रासायनिक यौगिक के लिए एक मिनीएचराइज्ड रिसेप्टर बनाने की बाधाओं को बायपास किया गया है।
उन्होंने नैनोट्यूब सेंसर एरे को नैनोपोरस सब्सट्रेट पर असेंबल किया, जिससे प्रत्येक चिप पर 10,000 तक व्यक्तिगत रूप से एड्रेसेबल गैस सेंसर प्राप्त हुए।
यह डेटा फिर एक न्यूरल नेटवर्क एल्गोरिद्म द्वारा प्रोसेस किया जाता है ताकि इसे एक विशिष्ट रासायनिक डिजिटल गंध की “धारणा” में बदला जा सके।
स्रोत: HKUST
ओल्फैक्टरी चिप्स की संभावनाएँ
यह डिज़ाइन ओल्फैक्टरी चिप्स को एक साथ कई रसायनों की उपस्थिति और सांद्रता दोनों का पता लगाने की क्षमता देता है, जिससे एक दर्जन या अधिक रसायनों को एक साथ पहचानना संभव हो जाता है।
प्रदर्शन के रूप में, टीम ने एक बायोमिमेटिक ओल्फैक्टरी चिप बनाई जिसने विभिन्न गैसों के प्रति असाधारण संवेदनशीलता दिखाई, और मिश्रित गैसों तथा 24 विशिष्ट गंधों के बीच उत्कृष्ट अंतर करने की क्षमता प्रदर्शित की।
इसके बाद उन्होंने ओल्फैक्टरी चिप और विज़न सेंसर को एक रोबोट डॉग में एकीकृत किया, जिससे एक संयुक्त ओल्फैक्टरी और विज़ुअल सिस्टम बना जो ब्लाइंड बॉक्स में वस्तुओं की सटीक पहचान कर सकता है, लगभग “असली कुत्ते” की तरह।
स्रोत: HKUST
ओल्फैक्टरी चिप्स के अनुप्रयोग
सुरक्षा
ओल्फैक्टरी चिप्स का सबसे त्वरित अनुप्रयोग वही है जहाँ अधिकांश रासायनिक डिटेक्टर्स वर्तमान में उपयोग होते हैं: सुरक्षा अनुप्रयोग। इसमें कारखाने, जल उपचार स्टेशन, पेट्रोकेमिकल उद्योग, पाइप लीक डिटेक्शन और पर्यावरण निगरानी (वायु प्रदूषण आदि) शामिल हैं।
ये नई प्रकार की डिटेक्टर्स पहले की तकनीकों की तुलना में एक साथ अधिक रसायनों का पता लगा सकती हैं, जिससे बड़े डेटा स्ट्रीम और बेहतर सुरक्षा मूल्यांकन संभव हो जाता है।
रक्षा एवं सुरक्षा
रोबोडॉग प्रोटोटाइप द्वारा प्रदर्शित किया गया है कि ऐसी डिटेक्शन प्रणाली को अदृश्य खतरों का पता लगाने के लिए उपयोग किया जा सकता है। ड्रग तस्करी से लेकर विस्फोटकों की पहचान तक, जहाँ भी स्निफ़र कुत्तों का उपयोग होता है, इसे एआई, स्वायत्त रोबोटिक्स और ओल्फैक्टरी चिप्स के संयोजन से प्रणालीबद्ध किया जा सकता है।
प्राकृतिक आपदा के बाद ध्वस्त इमारतों के नीचे बचे हुए लोगों को खोजने के लिए सर्च एंड रेस्क्यू भी ओल्फैक्टरी चिप्स से लाभान्वित हो सकता है।
भोजन एवं कृषि
बहुत से जानवरों के पास विकसित गंध भावना इसलिए होती है ताकि वे यह पता लगा सकें कि भोजन खाने योग्य है या बिगड़ा हुआ। हम कल्पना कर सकते हैं कि अत्यधिक संवेदनशील ओल्फैक्टरी चिप्स, जो विशेष रूप से खाद्य उत्पादों के लिए तैयार हों, खाद्य उद्योग में बहुत उपयोगी हो सकते हैं।
इसी प्रकार, कृषि ड्रोन का उपयोग फल के पकने, फसल रोगों के फंगल संक्रमण, कीट फ़ेरोमोन्स आदि की गंध पहचानने के लिए भी किया जा सकता है।
कैंसर और रोग पहचान
यह कुछ समय से ज्ञात है कि कुछ रोग विशिष्ट गंधों के उत्सर्जन से जुड़े होते हैं। बिल्लियों या कुत्तों द्वारा कैंसर का पता लगाने के बारे में कथात्मक डेटा अब कृत्रिम सेंसर के उपयोग से केवल शहरी मिथकों से अधिक साबित हो गया है।
सबसे उल्लेखनीय रूप से, कई कैंसर इन तरीकों से पहचानना शुरू हो गए हैं, “इलेक्ट्रॉनिक नाक” 95% सटीकता के साथ यह कर सकती है।
यह निष्कर्ष सुझाव देते हैं कि पेन द्वारा विकसित उपकरण — जो कृत्रिम बुद्धिमत्ता और मशीन लर्निंग का उपयोग करके रक्त प्लाज़्मा नमूनों में कोशिकाओं से निकलने वाले अस्थिर कार्बनिक यौगिकों (VOCs) के मिश्रण को डिकोड करता है — कठिन-से-खोजे जाने वाले कैंसर, जैसे कि अग्न्याशय और अंडाशय कैंसर, की स्क्रीनिंग के लिए एक गैर-आक्रामक दृष्टिकोण प्रदान कर सकता है।
हम BrainChip (BRN.AX ) जैसी कंपनियों को रक्त नमूनों में बैक्टीरिया का पता लगाने के लिए डिजिटल ओल्फैक्टरी डिटेक्शन का उपयोग करते हुए भी देखते हैं।
संभावना है कि जैसे-जैसे ओल्फैक्टरी चिप्स अधिक संवेदनशील होते जाएंगे और एक साथ दर्जनों या सैकड़ों यौगिकों का पता लगा पाएंगे, इन खोजों को केवल कैंसर ही नहीं, बल्कि कई अन्य रोगों, विशेषकर चयापचय रोगों के निदान में उपयोग किया जा सकेगा।
वर्तमान संस्करण के विपरीत, यह संभवतः केवल हमारी त्वचा या श्वास की गंध से ही यह हासिल कर सकता है, रक्त नमूना लेने की भी आवश्यकता नहीं होगी।
स्मार्टफ़ोन एवं इलेक्ट्रॉनिक्स
एक पूरी तरह सिलिकॉन-आधारित प्रणाली के रूप में, ओल्फैक्टरी चिप्स को हमारे सर्वत्र मौजूद छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे स्मार्टफ़ोन में एकीकृत किया जा सकता है।
यह लगातार कार्बन मोनोऑक्साइड, धुआँ या गैस लीक जैसी खतरों की निगरानी करने और स्वचालित रूप से उनका पता लगाने, या भोजन की सुरक्षा का मूल्यांकन करने में उपयोगी हो सकता है।
हम अधिक तुच्छ लेकिन फिर भी संभावित रूप से उपयोगी और लोकप्रिय अनुप्रयोगों की कल्पना कर सकते हैं, जैसे खाना बनाते समय मदद करना, मसालों की पहचान करना आदि।
दीर्घकाल में, यदि इसे “गंध जनरेटर” के साथ जोड़ा जाए, तो यह फ़ोन के बीच (अधिमानतः अच्छी) गंधों के डिजिटल ट्रांसफ़र को भी सक्षम कर सकता है।
नए इंद्रियों का अधिग्रहण
भविष्य में अधिक दूरस्थ, लेकिन असंभव नहीं, अनुप्रयोग यह हो सकता है कि ऐसी ओल्फैक्टरी चिप्स की क्षमता को मानव शरीर में एकीकृत किया जाए।
विशेषकर मानव‑मशीन इंटरफ़ेस की तेज़ प्रगति को देखते हुए, जैसे कि एलोन मस्क का न्यूरालिंक।
हम आसानी से कल्पना कर सकते हैं कि ऐसा सेंसर हमारे शरीर में एकीकृत हो और हमें हानिकारक रसायनों के बारे में चेतावनी दे, जो जैविक रूप से संभव स्तर से नीचे हों। या उन रसायनों के लिए जिनका पता हम स्वाभाविक रूप से नहीं लगा सकते।
“भविष्य में, उपयुक्त बायो‑संगत सामग्री के विकास के साथ, हम आशा करते हैं कि बायोमिमेटिक ओल्फैक्टरी चिप को मानव शरीर पर भी रखा जा सके ताकि हम ऐसी गंध को सूँघ सकें जो सामान्यतः नहीं सूँघी जा सकती।
यह हमारे श्वास और त्वचा द्वारा उत्सर्जित अस्थिर कार्बनिक अणुओं में असामान्यताओं की निगरानी भी कर सकता है, जिससे संभावित रोगों की चेतावनी दी जा सके, बायोमिमेटिक इंजीनियरिंग की आगे की संभावनाओं को प्राप्त किया जा सके,”
Prof. Fan Zhiyong
ओल्फैक्टरी चिप्स कंपनियाँ
ओल्फैक्टरी चिप्स की संभावनाएँ पहले कुछ वर्षों में “गंभीर” अनुप्रयोगों तक सीमित रहने की संभावना है, जिनके स्पष्ट उपयोग‑केस होते हैं, जैसे रोग निदान से लेकर खतरे की पहचान तक। इसलिए ये अनुप्रयोग सबसे अधिक संभावना वाले क्षेत्रों में हैं जहाँ हम उन कंपनियों को पा सकते हैं जो इस नवाचार से लाभ उठा सकती हैं।
(यह सूची उन चिप कंपनियों को शामिल नहीं करती जिनकी ओल्फैक्टरी चिप्स और सेंसर में मजबूत संभावनाएँ हैं, लेकिन जिनका राजस्व का सबसे बड़ा हिस्सा “क्लासिकल” कंप्यूटिंग चिप्स से संचालित रहेगा, जैसे उदाहरण के लिए Intel’s neuromorphic chip (INTC ) या IBM’s SyNAPSE – Scalable energy-efficient neuro synaptic computing chip)।
1. BrainChips Holdings (BRN.AX)
यह कृत्रिम बुद्धिमत्ता कंपनी न्यूरल नेटवर्क लेयर इंजिन (NPEs) के माध्यम से मानव मस्तिष्क की नकल करने वाली चिप्स बनाने में विशेषज्ञता रखती है।
यह दावा करती है कि वह न्यूरोमोर्फिक तकनीक को व्यावसायिक बनाने वाली पहली कंपनी है। यह स्वयं को IBM और Intel जैसी गंभीर प्रतिस्पर्धियों से आगे मानती है, ऑन‑चिप लर्निंग, मानक ML वर्कफ़्लो और ऑन‑चिप कॉन्वॉल्यूशन के कारण।
यह विज़न, ऑडियो, ओल्फैक्टरी और स्मार्ट ट्रांसड्यूसर अनुप्रयोगों पर केंद्रित है।
स्रोत: BrainChip
यह कंपनी ओल्फैक्टरी चिप्स की प्रगति से लाभ उठाने के लिए एक बहुत अच्छा उम्मीदवार बनाती है। यह सीधे HKUST की खोज को लाइसेंस कर सकती है, इसे दोहराने की कोशिश कर सकती है, या अपने स्वयं के चिप्स को नैनोट्यूब सेंसर एरे डेटा की व्याख्या के लिए आवश्यक हार्डवेयर का मुख्य भाग बना सकती है।
कंपनी अपने उत्पादों के लिए एक विशाल संभावित बाजार देखती है, जिसमें मशीन विज़न और ओल्फैक्टरी क्षमताएँ शामिल हैं।
स्रोत: BrainChip
BrainChip का उच्च‑मार्जिन IP बिज़नेस मॉडल है, जहाँ वह अपनी तकनीक को अग्रिम शुल्क और रॉयल्टी स्ट्रीम्स के लिए लाइसेंस करता है, और फिर सिस्टम इंटीग्रेटर्स के साथ साझेदारी करके अंतिम उत्पाद बनाता है।
2. Honeywell
HON मूल्य चार्ट
Honeywell डिटेक्शन और सेंसर में एक नेता है, जिसका निर्माण स्वचालन, एयरोस्पेस और सुरक्षा जैसे उद्योगों में मजबूत या प्रमुख उपस्थिति है (इनके कई एयरोस्पेस और बिल्डिंग गतिविधियाँ सेंसर तकनीकों से जुड़ी हैं)।
सेंसर और मॉनिटरिंग में एक मान्यता प्राप्त नेता के रूप में, यह गैस डिटेक्टर्स के दायरे को अपने वर्तमान सीमित (परंतु पहले से ही लाभदायक) स्थिति से एक सर्वव्यापी उपकरण में विस्तारित करने के लिए एक प्रमुख स्थिति में हो सकता है।
स्रोत: Honeywell
Honeywell अन्य तकनीकी नवाचारों में भी अग्रणी है, विशेष रूप से क्वांटम कंप्यूटिंग, जहाँ वह Quantinuum के 54% स्वामित्व रखता है और एक व्यापार क्षेत्र जिसे हमने अपने लेख “The Current State of Quantum Computing ” में चर्चा की थी।
यह Liquid Metal Printing में भी सक्रिय है, जिसे हमने “Liquid Metal Printing May Become a ‘Productive Force in the Landscape of Manufacturing and Design” में चर्चा की थी।
Honeywell पहले से ही सेंसर और ऑटोमेशन सेक्टर में एक विशाल कंपनी है, जिसके पास नवाचारी तकनीकों की एक बड़ी श्रृंखला में महत्वाकांक्षी लक्ष्य हैं।
इसलिए, भले ही बायोमिमेटिक ओल्फैक्टरी चिप्स अल्पकाल में एक प्रतिस्पर्धी बन सकें, यह संभावना है कि यह अपने स्वयं के R&D या छोटे कंपनियों के अधिग्रहण के माध्यम से ओल्फैक्टरी सेंसर बाजार की वृद्धि के साथ अनुकूलित हो सकेगा और उससे लाभ उठा सकेगा।
